Когда заканчивается цикл солнца

Солнечный цикл 25 является текущей солнечным циклом картиной солнечной активности. Оно началось в декабре 2019 года со сглаженным минимальным числом солнечных пятен 1,8. Ожидается, что это продлится примерно до 2030 года.

СОДЕРЖАНИЕ

Прогнозы

Было сделано несколько различных прогнозов относительно силы цикла 25, причем прогнозы варьировались от очень слабых с предположениями о медленном скольжении до состояния минимума Маундера, до слабого цикла, подобного предыдущему циклу 24, и даже сильного цикла. Одно опубликованное предсказание солнечного цикла, в котором говорилось об очень слабом цикле со сползанием к маундеровскому минимуму активности, было отозвано редакторами журнала Nature с согласия одного из его четырех авторов из-за фундаментальных ошибок, которые преувеличивали Землю. Изменчивость расстояния до Солнца на протяжении веков. Аптон и Хэтэуэй предсказали, что слабость 25-го цикла сделает его частью современного минимума Глейсберга .

Группа прогнозов 25-го цикла солнечной активности в декабре 2019 г. предсказала, что 25-й солнечный цикл будет аналогичен 24 -му солнечному циклу с минимумом предшествующего солнечного цикла в апреле 2020 года (± 6 месяцев), а количество солнечных пятен достигнет (сглаженного) максимума 115. в июле 2025 г. (± 8 мес.). Это предсказание согласуется с текущим общим соглашением в научной литературе, согласно которому 25-й цикл солнечной активности будет слабее среднего (то есть слабее, чем во время исключительно сильного Современного максимума ).

Ранние признаки

По состоянию на апрель 2018 года на Солнце появились признаки появления пятна с обратной магнитной полярностью и начала этого солнечного цикла. При переходе от одного цикла к другому обычно наблюдается период, когда существуют солнечные пятна обеих полярностей (во время солнечного минимума). Пятна с обратной полярностью указывают на то, что происходит переход к 25-му циклу. Первое солнечное пятно цикла 25 могло появиться в начале апреля 2018 года или даже в декабре 2016 года.

В ноябре 2019 года появились два солнечных пятна с обратной полярностью, возможно, сигнализирующие о начале 25-го цикла.

Nandy et al. (2020, Res. Notes of the AAS) проанализировали полярную ориентацию биполярных магнитных областей, наблюдавшихся в декабре 2019 года, и пришли к выводу, что магнитные области с основной ориентацией тороидальной компоненты поля 25-го цикла солнечного цикла назревают в зоне солнечной конвекции, что представляет собой ранние признаки новый цикл.

Суперсиноптическая (время в зависимости от солнечной широты) карта радиальной компоненты солнечного магнитного поля для 24-25 циклов, основанная на наблюдениях Global Oscillations Network Group (GONG), показывает магнитную активность 25-го цикла, начиная с ноября 2019 года на широте около 30 градусов в оба солнечных полушария. Доступна более свежая суперсиноптическая карта.

По состоянию на 1 января 2021 года 25-й солнечный цикл демонстрирует первые признаки того, что он несколько сильнее солнечного 24-го цикла.
• Среднее число солнечных пятен за 13 месяцев в июне 2020 года составляло 7,8 пятна в день по сравнению с 4,1 за соответствующий месяц в предыдущем. цикл.
• В ноябре 2020 года в среднем 34 точки в день, на 10 месяцев раньше, чем в первый месяц, в среднем 30 или более в 24-м цикле.
• Первый отдельный день, в котором будет 90 точек, пришелся на 12-й месяц этого цикла по сравнению с 27-м месяцем в 24-м цикле .
• с 1 июня 2020 года, было 80 дней безупречной, по сравнению с 139 в соответствующем периоде цикла 24.
• 2020 был на 80% больше , чем солнечные пятна для соответствующего периода в SC24. Эти цифры находятся в раннем согласии с новой статьей (октябрь 2020 г.) McIntosh et. al. который прогнозирует, что 25-й цикл солнечной активности почти наверняка будет сильнее, чем SC24 (ISN max 116), и, скорее всего, сильнее, чем SC23 (ISN max 180).

Источник

Когда заканчивается цикл солнца

Графики на этой странице отображают динамику активности Солнца в период текущего солнечного цикла. Таблицы обновляются каждый месяц SWPC с последними прогнозами ISES. Наблюдаемые значения представляют собой временные значения, которые заменяются конечными данными, когда они доступны. Все графики на этой странице могут быть экспортированы в виде файлов JPG, PNG, PDF или SVG. Каждый набор данных может быть включен или выключен, щелкнув соответствующее описание под каждым графом.

Количество солнечных вспышек C, M и X-класса в год

На этом графике показано количество солнечных вспышек C, M и X-класса, которые произошли в течение заданного вами года. Это дает представление о количестве солнечных вспышек по отношению к числу солнечных пятен. Таким образом, это еще один способ увидеть как эволюционирует солнечный цикл с течением времени. Эти данные поступают из SWPC NOAA и обновляются ежедневно.

На приведенном ниже графике показано количество солнечных вспышек C, M и X-класса, которые произошли в течение последнего месяца вместе с количеством солнечных пятен каждого дня. Это дает представление о солнечной активности в течение последнего месяца. Эти данные поступают из SWPC NOAA и обновляются ежедневно.

Количество безупречных дней в году

В периоды низкой солнечной активности на поверхности Солнца могут полностью отсутствовать солнечные пятна, такое состояние Солнца считается безупречным. Это часто бывает во время солнечного минимума. На графике показано количество дней в течение определенного года, когда на поверхности Солнца отсутствовали пятна.

Кол-во дней в году когда наблюдались геомагнитные бури

На этом графике показано количество дней в году когда наблюдалась геомагнитные бури и насколько сильными были эти бури. Это дает представление о том, в какие годы было много геомагнитных бурь и динамика их интенсивности.

Источник

Солнечный цикл — Solar cycle

Солнечный цикл или солнечный цикл магнитной активности является почти периодическим изменением 11 года в ВС активности «ы измеряется с точкой зрения изменения числа наблюдаемых пятен на поверхности Солнца. Пятна наблюдаются с начала 17 века, и временные ряды пятен являются самыми длинными непрерывно наблюдаемыми (зарегистрированными) временными рядами любых природных явлений.

Магнитное поле Солнца меняется во время каждого солнечного цикла, причем изменение происходит, когда цикл солнечных пятен приближается к своему максимуму. Уровни солнечной радиации и выброса солнечного материала, количество и размер солнечных пятен , солнечных вспышек и корональных петель — все они демонстрируют синхронизированные колебания от активного к спокойному и снова к активному с периодом в 11 лет.

Этот цикл веками наблюдался по изменениям внешнего вида Солнца и земным явлениям, таким как полярные сияния . Солнечная активность, обусловленная как циклом солнечных пятен, так и переходными апериодическими процессами, управляет окружающей средой планет Солнечной системы, создавая космическую погоду и воздействуя на космические и наземные технологии, а также на атмосферу Земли, а также, возможно, колебания климата в масштабах веков и веков. дольше.

Понимание и предсказание цикла солнечных пятен остается одной из главных задач астрофизики с серьезными последствиями для космической науки и понимания магнитогидродинамических явлений в других частях Вселенной.

СОДЕРЖАНИЕ

Определение

Солнечные циклы имеют среднюю продолжительность около 11 лет. Солнечный максимум и солнечный минимум относятся к периодам максимального и минимального количества солнечных пятен. Циклы охватывают от одного минимума до следующего.

История наблюдений

Впервые солнечные пятна систематически наблюдали Галилео Галилей, Кристоф Шайнер и его современники примерно с 1609 года. Солнечный цикл был открыт в 1843 году Самуэлем Генрихом Швабе , который после 17 лет наблюдений заметил периодические изменения в среднем количестве солнечных пятен . Швабе, однако, предшествовал Кристиан Хорребоу, который в 1775 году писал: «Похоже, что по прошествии определенного количества лет появление Солнца повторяется в зависимости от количества и размера пятен» на основании своих наблюдений за светом. солнце с 1761 года и позже из обсерватории Рундетаарн в Копенгагене. Рудольф Вольф собрал и изучил эти и другие наблюдения, восстановив цикл до 1745 года, в конечном итоге подтолкнув эти реконструкции к самым ранним наблюдениям солнечных пятен Галилеем и его современниками в начале семнадцатого века.

Следуя схеме нумерации Вольфа, цикл 1755–1766 годов традиционно нумеруется цифрой «1». Вольф создал стандартный индекс числа солнечных пятен, индекс Вольфа, который используется и сегодня.

Период между 1645 и 1715 годами, время нескольких солнечных пятен, известен как минимум Маундера по имени Эдварда Вальтера Маундера , который подробно исследовал это странное событие, впервые отмеченное Густавом Шперером .

Во второй половине девятнадцатого века Ричард Кэррингтон и Шперер независимо друг от друга отметили явления солнечных пятен, появляющихся на разных солнечных широтах в разных частях цикла.

Физическая основа цикла была выяснена Джорджем Эллери Хейлом и его сотрудниками, которые в 1908 году показали, что солнечные пятна сильно намагничены (первое обнаружение магнитных полей за пределами Земли). В 1919 году они показали, что магнитная полярность пар солнечных пятен:

• Постоянно на протяжении всего цикла;
• Противоположен по экватору на протяжении всего цикла;
• Переходит от одного цикла к другому.

Наблюдения Хейла показали, что полный магнитный цикл охватывает два солнечных цикла или 22 года, прежде чем вернуться в исходное состояние (включая полярность). Поскольку почти все проявления нечувствительны к полярности, «11-летний солнечный цикл» остается в центре внимания исследований; однако две половины 22-летнего цикла обычно не идентичны: 11-летние циклы обычно чередуются между более высокими и низкими суммами чисел солнечных пятен Вольфа ( правило Гневышева-Оля ).

В 1961 году группа отца и сына Гарольда и Горация Бэбкок установила, что солнечный цикл — это пространственно-временной магнитный процесс, разворачивающийся над Солнцем в целом. Они заметили, что поверхность Солнца намагничена за пределами солнечных пятен, что это (более слабое) магнитное поле является диполем первого порядка , и что этот диполь претерпевает изменения полярности с тем же периодом, что и цикл солнечных пятен. Модель Бэбкока Горация описывает колебательное магнитное поле Солнца как имеющее квазистационарную периодичность 22 года. Он охватывает колебательный обмен энергией между тороидальными и полоидальными компонентами солнечного магнитного поля.

История цикла

Количество солнечных пятен за последние 11 400 лет было реконструировано с использованием дендроклиматологии на основе углерода-14 . Уровень солнечной активности, начиная с 1940-х годов, является исключительным — последний период такой же величины произошел около 9000 лет назад (в теплый бореальный период ). Солнце находилось на столь же высоком уровне магнитной активности только

10% из последних 11400 лет. Почти все предыдущие периоды высокой активности были короче нынешнего. Летописи окаменелостей предполагают, что солнечный цикл был стабильным в течение, по крайней мере, последних 700 миллионов лет. Например, продолжительность цикла в ранней перми оценивается в 10,62 года, как и в неопротерозое .

До 2009 года считалось, что 28 циклов охватили 309 лет между 1699 и 2008 годами, что дало среднюю продолжительность 11,04 года, но затем исследования показали, что самый длинный из них (1784–1799) на самом деле мог составлять два цикла. Если это так, то средняя продолжительность будет всего около 10,7 лет. С тех пор, как начались наблюдения, циклы длились всего 9 лет, а наблюдались 14 лет, и если цикл 1784–1799 удваивается, то продолжительность одного из двух компонентных циклов должна быть меньше 8 лет. Также наблюдаются значительные вариации амплитуды.

Список исторических «великих минимумов» солнечной активности существует.

Последние циклы

Цикл 25

Солнечный цикл 25 начался в декабре 2019 года. Было сделано несколько прогнозов для 25-го цикла солнечных пятен на основе различных методов, в диапазоне от очень слабой до умеренной величины. Основанный на физике прогноз, основанный на моделях солнечного динамо и переноса солнечного потока на поверхности Солнца (Bhowmik and Nandy, 2018), похоже, правильно предсказал силу солнечного полярного поля в текущих минимумах и предсказал слабую, но не незначительную солнечную 25-й цикл аналогичен или немного сильнее по силе по сравнению с циклом 24. Примечательно, что они исключают возможность падения Солнца в состояние, подобное минимуму Маундера (неактивное) в течение следующего десятилетия. Предварительный консенсус Группы по прогнозированию 25-го солнечного цикла был достигнут в начале 2019 года. Группа, организованная Центром прогнозирования космической погоды NOAA (SWPC) и НАСА , на основе опубликованных прогнозов 25-го солнечного цикла пришла к выводу, что 25-й солнечный цикл будет очень похож на 24-й солнечный цикл. Они ожидают, что минимум солнечного цикла перед 25-м циклом будет долгим и глубоким, как и минимум, предшествующий 24-му циклу. Они ожидают, что солнечный максимум произойдет между 2023 и 2026 годами с диапазоном солнечных пятен от 95 до 130. , выраженное в пересмотренном количестве солнечных пятен.

Цикл 24

Солнечный цикл начался 4 января 2008 г. с минимальной активностью до начала 2010 г. Цикл характеризовался «двухпиковым» солнечным максимумом . Первый пик достиг 99 в 2011 г., а второй — в начале 2014 г. — 101. Цикл 24 завершился в декабре 2019 г. через 11,0 лет.

Цикл 23

Этот цикл длился 11,6 лет, начиная с мая 1996 года и заканчивая в январе 2008 года. Максимальное сглаженное число солнечных пятен (месячное количество солнечных пятен, усредненное за двенадцатимесячный период), наблюдавшееся во время солнечного цикла, составило 120,8 (март 2000 г.), а минимальное было 1.7. Всего за этот цикл в 805 днях не было пятен.

Явления

Поскольку солнечный цикл отражает магнитную активность, за солнечным циклом следуют различные магнитные солнечные явления, включая солнечные пятна и корональные выбросы массы.

Солнечные пятна

Видимая поверхность Солнца, фотосфера, излучает более активно, когда есть больше солнечных пятен. Спутниковый мониторинг светимости Солнца выявил прямую связь между циклом Швабе и светимостью с размахом около 0,1%. Светимость уменьшается на целых 0,3% в 10-дневном масштабе времени, когда большие группы солнечных пятен вращаются в поле зрения Земли, и увеличивается на целых 0,05% на срок до 6 месяцев из-за факелов, связанных с большими группами солнечных пятен.

На сегодняшний день лучшая информация поступает от SOHO (совместный проект Европейского космического агентства и НАСА ), например, магнитограмма MDI , на которой можно увидеть магнитное поле на «поверхности» Солнца .

В начале каждого цикла солнечные пятна появляются на средних широтах, а затем перемещаются все ближе и ближе к экватору, пока не будет достигнут солнечный минимум. Лучше всего эту закономерность представить в виде так называемой диаграммы бабочки. Изображения Солнца разбиваются на широтные полосы, и вычисляется среднемесячная фракционная поверхность пятен. Это отображается вертикально в виде полосы с цветовой кодировкой, и процесс повторяется месяц за месяцем для построения этой диаграммы временных рядов.

В то время как изменения магнитного поля сосредоточены в солнечных пятнах, все Солнце претерпевает аналогичные изменения, хотя и меньшей величины.

Выброс корональной массы

Магнитное поле Солнца структурирует корону, придавая ей характерную форму, видимую во время солнечных затмений. Сложные структуры коронального магнитного поля развиваются в ответ на движение жидкости на поверхности Солнца и появление магнитного потока, создаваемого действием динамо в недрах Солнца. По причинам, еще не понятым в деталях, иногда эти структуры теряют устойчивость, что приводит к выбросам корональной массы в межпланетное пространство или вспышкам , вызванным внезапным локализованным высвобождением магнитной энергии, вызывающей излучение ультрафиолетового и рентгеновского излучения, а также энергичных частиц. Эти эруптивные явления могут оказать значительное влияние на верхние слои атмосферы Земли и космическую среду и являются основными движущими силами того, что сейчас называется космической погодой .

Частота возникновения корональных выбросов массы и вспышек сильно модулируется циклом. Вспышки любого размера случаются примерно в 50 раз чаще при максимуме солнечной активности, чем при минимуме. Крупные выбросы корональной массы происходят в среднем несколько раз в день в период солнечного максимума, до одного раза в несколько дней в период солнечного минимума. Сами по себе размер этих событий не сильно зависит от фазы солнечного цикла. В качестве примера можно привести три крупных вспышки класса X, произошедшие в декабре 2006 г., очень близко к солнечному минимуму; вспышка X9.0 5 декабря считается одной из самых ярких за всю историю наблюдений.

Узоры

Эффект Вальдмайера называет наблюдение, что циклы с большими максимальными амплитудами, как правило, требуют меньше времени для достижения своих максимумов, чем циклы с меньшими амплитудами; максимальные амплитуды отрицательно коррелируют с продолжительностью предыдущих циклов, что способствует предсказанию.

Солнечные максимумы и минимумы также демонстрируют флуктуации на временных масштабах, превышающих солнечные циклы. Тенденции к увеличению и уменьшению могут продолжаться в течение столетия и более.

Считается, что цикл Швабе представляет собой амплитудную модуляцию 87-летнего (70–100-летнего) цикла Глейсберга , названного в честь Вольфганга Глайсберга. Цикл Глейсберга подразумевал, что следующий солнечный цикл имеет максимальное сглаженное число солнечных пятен около 145 ± 30 в 2010 году (вместо этого 2010 год был сразу после солнечного минимума цикла) и что следующий цикл имеет максимум примерно 70 ± 30 в 2023 году.

Связанные столетние вариации магнитных полей в короне и гелиосфере были обнаружены с использованием космогенных изотопов углерода-14 и бериллия-10, хранящихся в земных резервуарах, таких как ледяные щиты и годовые кольца, а также с помощью исторических наблюдений за активностью геомагнитных бурь , которые преодолевают временной промежуток. между концом используемых космогенных изотопных данных и началом современных спутниковых данных.

Эти вариации были успешно воспроизведены с использованием моделей, которые используют уравнения непрерывности магнитного потока и наблюдаемые числа солнечных пятен для количественной оценки появления магнитного потока из верхней части солнечной атмосферы в гелиосферу , показывая, что наблюдения солнечных пятен, геомагнитная активность и космогенные изотопы предлагают сходящиеся понимание вариаций солнечной активности.

Предполагаемые циклы

Была предложена периодичность солнечной активности с периодами больше, чем цикл солнечных пятен около 11 (22) лет, в том числе:

210-летний цикл Зюсса (он же «цикл де Фриза», названный в честь Ханса Эдуарда Зюсса и Хесселя де Фриза соответственно) зарегистрирован на основе радиоуглеродных исследований, хотя в 400-летней записи солнечных пятен появляется «мало свидетельств цикла Зюсса».

Предполагается, что цикл Гальштата (названный в честь прохладного и влажного периода в Европе, когда наступали ледники ) длится примерно 2400 лет.

Пока еще неназванный цикл может длиться более 6000 лет.

В углероде-14 наблюдались циклы в 105, 131, 232, 385, 504, 805 и 2241 год, возможно, совпадающие с циклами, полученными из других источников. Дэймон и Сонетт предложили основанные на углероде 14 средне- и краткосрочные вариации периодов 208 и 88 лет; а также предположение о 2300-летнем радиоуглеродном периоде, который модулирует 208-летний период.

В течение верхней перми 240 миллионов лет назад минеральные слои, созданные в формации Кастилия, показывают циклы продолжительностью 2500 лет.

Солнечное магнитное поле

Магнитное поле Солнца структурирует его атмосферу и внешние слои на всем протяжении короны и солнечного ветра . Его пространственно-временные изменения приводят к различным измеримым солнечным явлениям. Другие солнечные явления тесно связаны с циклом, который служит источником энергии и динамическим двигателем для первого.

Эффекты

Солнечная

Поверхностный магнетизм

Солнечные пятна в конечном итоге распадаются, высвобождая магнитный поток в фотосфере. Этот поток рассеивается и перемешивается турбулентной конвекцией и крупномасштабными солнечными потоками. Эти транспортные механизмы приводят к накоплению намагниченных продуктов распада на высоких солнечных широтах, в конечном итоге меняя полярность полярных полей (обратите внимание, как синие и желтые поля меняются местами на графике Hathaway / NASA / MSFC выше).

Диполярная составляющая солнечного магнитного поля меняет полярность во время солнечного максимума и достигает максимальной напряженности в солнечном минимуме.

Космос

Космический корабль

КВМ ( выбросы корональной массы ) производят поток излучения протонов высокой энергии , иногда известный как солнечные космические лучи. Они могут вызвать радиационное повреждение электроники и солнечных элементов на спутниках . События с солнечными протонами также могут вызывать однократные сбои в электронике; в то же время уменьшенный поток галактического космического излучения во время солнечного максимума уменьшает высокоэнергетическую составляющую потока частиц.

Излучение CME опасно для космонавтов , выполняющих космическую миссию, которые находятся за пределами защиты, создаваемой магнитным полем Земли . Поэтому будущие проекты миссий ( например , для миссии на Марс ) включают защищенное от радиации «штормовое убежище», куда астронавты могут отступить во время такого события.

Глайсберг разработал метод прогнозирования CME, основанный на последовательных циклах.

С положительной стороны, повышенная освещенность во время максимума солнечной активности расширяет оболочку атмосферы Земли, вызывая более быстрое возвращение низкоорбитального космического мусора .

Галактический поток космических лучей

Расширение солнечного выброса в межпланетное пространство обеспечивает чрезмерную плотность плазмы, которая эффективно рассеивает космические лучи высокой энергии, попадающие в солнечную систему из других частей галактики. Частота солнечных извержений модулируется циклом, соответственно изменяя степень рассеяния космических лучей во внешней солнечной системе. Как следствие, поток космических лучей во внутренней части Солнечной системы антикоррелирован с общим уровнем солнечной активности. Эта антикорреляция четко обнаруживается при измерениях потока космических лучей на поверхности Земли.

Некоторые высокоэнергетические космические лучи, входящие в атмосферу Земли, достаточно сильно сталкиваются с молекулярными составляющими атмосферы, что иногда вызывает реакции ядерного расщепления . Продукты деления включают радионуклиды, такие как 14 C и 10 Be, которые оседают на поверхности Земли. Их концентрацию можно измерить в стволах деревьев или ледяных кернах, что позволяет восстановить уровни солнечной активности в далеком прошлом. Такие реконструкции показывают, что общий уровень солнечной активности с середины двадцатого века является одним из самых высоких за последние 10 000 лет, и что эпохи подавленной активности различной продолжительности повторялись неоднократно за этот промежуток времени.

Атмосферный

Солнечное излучение

Полная солнечная освещенность (TSI) — это количество солнечной радиационной энергии, падающей на верхние слои атмосферы Земли. Вариации TSI не могли быть обнаружены до тех пор, пока в конце 1978 г. не начались спутниковые наблюдения. С 1970-х по 2000-е годы на спутниках была запущена серия радиометров . Измерения TSI варьировались от 1360 до 1370 Вт / м 2 на десяти спутниках. Один из спутников, ACRIMSAT, был запущен группой ACRIM. Спорный «разрыв ACRIM» 1989–1991 годов между неперекрывающимися спутниками ACRIM был интерполирован группой ACRIM в композит, показывающий рост + 0,037% за десятилетие. Другой ряд, основанный на данных ACRIM, произведен группой PMOD и показывает тенденцию к снижению –0,008% / десятилетие. Эта разница в 0,045% / десятилетие влияет на климатические модели.

Солнечное излучение систематически изменяется в течение цикла, как по общей освещенности, так и по его относительным компонентам (УФ по сравнению с видимой и другими частотами). Светимость Солнца составляет примерно 0,07 процента ярче в течение середины цикла солнечного максимума , чем терминал солнечного минимума. Фотосферный магнетизм, по-видимому, является основной причиной (96%) вариации TSI 1996–2013 гг. Соотношение ультрафиолетового и видимого света варьируется.

TSI изменяется по фазе с циклом солнечной магнитной активности с амплитудой около 0,1% от среднего значения около 1361,5 Вт / м 2 (« солнечная постоянная »). Вариации в среднем до -0,3% вызваны большими группами солнечных пятен, а + 0,05% — крупными факелами и яркой сетью на шкале времени 7-10 дней (см. Графики вариаций TSI). Вариации TSI спутниковой эры показывают небольшие, но заметные тенденции.

TSI выше в солнечном максимуме, хотя пятна темнее (холоднее), чем средняя фотосфера. Это вызвано намагниченными структурами, отличными от солнечных пятен во время солнечных максимумов, такими как факелы и активные элементы «яркой» сети, которые ярче (горячее), чем средняя фотосфера. Все вместе они чрезмерно компенсируют дефицит освещенности, связанный с более прохладными, но менее многочисленными пятнами. Основной движущей силой изменений TSI во временных масштабах солнечного вращения и солнечных пятен является изменяющееся фотосферное покрытие этих радиационно активных солнечных магнитных структур.

Изменения энергии УФ-излучения, связанные с образованием и потерей озона, имеют атмосферные эффекты. Уровень атмосферного давления 30 гПа изменял высоту синхронно с солнечной активностью в течение 20–23 циклов солнечной активности. Увеличение УФ-излучения привело к увеличению производства озона, что привело к нагреванию стратосферы и смещению к полюсам стратосферных и тропосферных ветровых систем.

Коротковолновое излучение

Фотосфера при температуре 5870 К излучает часть излучения в крайнем ультрафиолете (EUV) и выше. Однако более горячие верхние слои атмосферы Солнца ( хромосфера и корона ) излучают больше коротковолнового излучения. Поскольку верхние слои атмосферы неоднородны и содержат значительную магнитную структуру, поток солнечного ультрафиолета (УФ), EUV и рентгеновского излучения заметно меняется в течение цикла.

Фотомонтаж слева иллюстрирует эту вариацию мягкого рентгеновского излучения , наблюдаемую японским спутником Yohkoh с 30 августа 1991 г., на пике 22 цикла, по 6 сентября 2001 г., на пике 23 цикла. Связанные с циклом изменения наблюдаются в потоке солнечного УФ- или EUV-излучения, что наблюдается, например, со спутников SOHO или TRACE .

Несмотря на то, что на него приходится лишь мизерная часть общей солнечной радиации, влияние солнечного ультрафиолетового, ультрафиолетового и рентгеновского излучения на верхние слои атмосферы Земли очень велико. Солнечный ультрафиолетовый поток является основным фактором химии стратосферы , а увеличение ионизирующего излучения существенно влияет на температуру и электропроводность ионосферы .

Солнечный радиопоток

Излучение Солнца на сантиметровой (радио) длине волны в основном связано с корональной плазмой, захваченной магнитными полями, лежащими над активными областями. Индекс F10.7 представляет собой меру солнечного радиопотока на единицу частоты на длине волны 10,7 см, вблизи пика наблюдаемого солнечного радиоизлучения. F10.7 часто выражается в единицах SFU или солнечного потока (1 SFU = 10 −22 Вт · м −2 Гц −1 ). Он представляет собой меру диффузного безызлучательного нагрева корональной плазмы. Это отличный индикатор общего уровня солнечной активности и хорошо коррелирует с солнечным УФ-излучением.

Активность солнечных пятен оказывает большое влияние на радиосвязь на большие расстояния , особенно в коротковолновых диапазонах, хотя также влияет на средние и низкие частоты ОВЧ . Высокие уровни активности солнечных пятен приводят к лучшему распространению сигнала в более высоких полосах частот, хотя они также увеличивают уровни солнечного шума и ионосферных возмущений. Эти эффекты вызваны воздействием на ионосферу повышенного уровня солнечной радиации .

Солнечный поток 10,7 см может мешать наземной связи точка-точка.

Облака

Предположения о влиянии изменений космических лучей на цикл потенциально включают:

• Изменения ионизации влияют на содержание аэрозоля, который служит ядром конденсации для образования облаков. Во время солнечных минимумов на Землю попадает больше космических лучей, потенциально создавая сверхмалые аэрозольные частицы в качестве предшественников ядер конденсации Облака . Облака, образованные из большего количества ядер конденсации, ярче, долговечнее и, вероятно, производят меньше осадков.
• Изменение космических лучей может вызвать увеличение определенных типов облаков, влияя на альбедо Земли .
• Было высказано предположение, что, особенно на высоких широтах , вариации космических лучей могут влиять на земной облачный покров на малой высоте (в отличие от отсутствия корреляции с высотными облаками), частично под влиянием солнечного межпланетного магнитного поля (а также прохождения через галактическое пространство). оружия на более длительных таймфреймах), но эта гипотеза не подтвердилась.

Более поздние работы показали, что образование облаков с помощью космических лучей нельзя объяснить зарождением частиц. В результате работы ускорителя не удалось произвести достаточное количество и достаточно крупные частицы, чтобы привести к образованию облаков; это включает наблюдения после сильной солнечной бури. Наблюдения после Чернобыля не показывают индуцированных облаков.

Наземный

Организмы

Было исследовано влияние солнечного цикла на живые организмы (см. Хронобиологию ). Некоторые исследователи утверждают, что обнаружили связь со здоровьем человека.

Количество ультрафиолетового излучения UVB с длиной волны 300 нм, достигающего поверхности Земли, изменяется на несколько процентов в течение солнечного цикла из-за изменений в защитном озоновом слое . В стратосфере, озон является непрерывно регенерируют с помощью расщепления из O ₂ молекул ультрафиолетового света. Во время солнечного минимума уменьшение ультрафиолетового света, получаемого от Солнца, приводит к уменьшению концентрации озона, позволяя увеличенному ультрафиолетовому излучению B достигать поверхности Земли.

Радиосвязь

Режимы радиосвязи Skywave работают за счет преломления ( преломления ) радиоволн ( электромагнитного излучения ) через ионосферу . Во время «пиков» солнечного цикла ионосфера все больше ионизируется солнечными фотонами и космическими лучами . Это влияет на распространение радиоволн сложным образом, что может облегчить или затруднить связь. Прогнозирование космических режимов представляет значительный интерес для коммерческих морских и авиационных операторов связи , радиолюбителей и коротковолновых радиовещателей . Эти пользователи занимают частоты в пределах высокочастотного или «ВЧ» радиоспектра, на которые больше всего влияют эти солнечные и ионосферные отклонения. Изменения в солнечной мощности влияют на максимальную используемую частоту , ограничение на самую высокую частоту, используемую для связи.

Климат

Предполагается, что как долгосрочные, так и краткосрочные вариации солнечной активности потенциально могут повлиять на глобальный климат, но оказалось сложно показать какую-либо связь между солнечными вариациями и климатом.

Ранние исследования пытались сопоставить погоду с ограниченным успехом, затем последовали попытки сопоставить солнечную активность с глобальной температурой. Цикл также влияет на региональный климат. Измерения с помощью монитора спектральной освещенности SORCE показывают, что изменчивость солнечного УФ-излучения приводит, например, к более холодным зимам в США и северной Европе и более теплым зимам в Канаде и южной Европе во время солнечных минимумов.

Три предложенных механизма опосредуют влияние изменений климата на изменение климата:

• Полная солнечная освещенность (« Радиационное воздействие »).
• Ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовая составляющая варьируется больше, чем общая, поэтому, если бы ультрафиолет по какой-то (пока неизвестной) причине имел непропорциональный эффект, это могло бы повлиять на климат.
• Изменения галактических космических лучей , вызванные солнечным ветром , которые могут повлиять на облачный покров.

Изменение цикла солнечных пятен на 0,1% оказывает небольшое, но заметное влияние на климат Земли. Кэмп и Тунг предполагают, что солнечное излучение коррелирует с изменением на 0,18 К ± 0,08 К (0,32 ° F ± 0,14 ° F) измеренной средней глобальной температуры между максимумом и минимумом солнечной активности.

Другие эффекты включают одно исследование, которое обнаружило связь с ценами на пшеницу, и другое, которое обнаружило слабую корреляцию с расходом воды в реке Парана . Одиннадцатилетние циклы были обнаружены в толщах годичных колец и слоях на дне озера сотни миллионов лет назад.

Текущий научный консенсус, в частности, консенсус МГЭИК , заключается в том, что солнечные вариации играют лишь незначительную роль в глобальном изменении климата , поскольку измеренная величина недавних солнечных колебаний намного меньше, чем воздействие парниковых газов. Кроме того, средняя солнечная активность в 2010-х годах была не выше, чем в 1950-х годах (см. Выше), тогда как средние глобальные температуры заметно выросли за этот период. В противном случае уровень понимания воздействия солнца на погоду низкий.

Солнечный цикл также влияет на орбитальный распад объектов, находящихся на низкой околоземной орбите (НОО) , влияя на плотность на верхних термосферных уровнях.

Солнечная динамо

Считается, что 11-летний цикл солнечных пятен составляет половину 22-летнего цикла солнечного динамо Бэбкока-Лейтона , который соответствует колебательному обмену энергией между тороидальным и полоидальным магнитными полями Солнца, который опосредуется потоками солнечной плазмы, который также обеспечивает энергия к динамо-системе на каждом этапе. В максимуме солнечного цикла внешнее полоидальное дипольное магнитное поле близко к своей минимальной напряженности динамо-цикла, но внутреннее тороидальное квадрупольное поле, генерируемое за счет дифференциального вращения внутри тахоклина , близко к своей максимальной напряженности. В этот момент динамо-цикла всплывающий апвеллинг в зоне конвекции вынуждает возникновение тороидального магнитного поля через фотосферу, в результате чего возникают пары солнечных пятен, примерно выровненных с востока на запад с противоположными магнитными полярностями. Магнитная полярность пар солнечных пятен меняется каждый солнечный цикл, это явление известно как цикл Хейла.

Во время фазы спада солнечного цикла энергия переходит от внутреннего тороидального магнитного поля к внешнему полоидальному, и количество солнечных пятен уменьшается. В период солнечного минимума тороидальное поле, соответственно, минимально, солнечные пятна относительно редки, а полоидальное поле имеет максимальную напряженность. Во время следующего цикла дифференциальное вращение преобразует магнитную энергию обратно из полоидального в тороидальное поле с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Процесс продолжается непрерывно, и в идеализированном упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует изменению полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца.

Модели солнечного динамо показывают, что процессы переноса потока плазмы в недрах Солнца, такие как дифференциальное вращение, меридиональная циркуляция и турбулентная накачка, играют важную роль в рециркуляции тороидальных и полоидальных компонентов магнитного поля Солнца ( Hazra and Nandy, 2016 ). Относительные силы этих процессов переноса потока также определяют «память» солнечного цикла, которая играет важную роль в предсказаниях солнечного цикла, основанных на физике. Йейтс, Нанди и Маккей (2008) и Карак и Нанди (2012) , в частности, использовали стохастически принудительное нелинейное моделирование солнечного динамо, чтобы установить, что память солнечного цикла короткая, длится более одного цикла, что подразумевает, что точные прогнозы возможны только для следующего цикла солнечных пятен и не далее. Этот постулат о короткой памяти в один цикл в механизме солнечного динамо позже был подтвержден наблюдениями Муньос-Харамилло и др. (2013) .

Хотя долгое время считалось, что тахоклин является ключом к созданию крупномасштабного магнитного поля Солнца, недавние исследования поставили под сомнение это предположение. Радионаблюдения за коричневыми карликами показали, что они также поддерживают крупномасштабные магнитные поля и могут отображать циклы магнитной активности. Солнце имеет радиационное ядро, окруженное конвективной оболочкой, а на границе этих двух находится тахоклин . Однако у коричневых карликов отсутствуют радиационные ядра и тахоклины. Их структура состоит из солнечной конвективной оболочки, которая существует от ядра до поверхности. Поскольку у них нет тахоклина, но они все еще демонстрируют солнечную магнитную активность, было высказано предположение, что солнечная магнитная активность генерируется только в конвективной оболочке.

Предполагаемое влияние планет

Долгое время предполагалось, что планеты могут влиять на солнечный цикл, и многие спекулятивные статьи были опубликованы на протяжении многих лет. В 1974 году на основе этой идеи был выпущен бестселлер «Эффект Юпитера» . Например, было высказано предположение, что крутящий момент, прилагаемый планетами к несферическому слою тахоклина глубоко в Солнце, может синхронизировать солнечное динамо. Однако их результаты оказались артефактом неправильно примененного метода сглаживания, приводящего к алиасингу . Тем не менее, работы, предлагающие предполагаемое влияние планетарных сил на Солнце, время от времени появляются, хотя и без количественного физического механизма для этого. Однако известно, что солнечная изменчивость является по существу стохастической и непредсказуемой за пределами одного солнечного цикла, что противоречит идее детерминированного планетарного влияния на солнечное динамо. Более того, современные модели динамо точно воспроизводят солнечный цикл без какого-либо планетарного влияния. Соответственно, влияние планет на солнечное динамо считается маргинальным и противоречит принципам бритвы Оккама .

Источник